桂东北姑婆山花岗岩黑云母化学成分特征及其成矿意义*

2021-04-08韩文坤刘风雷

现代矿业 2021年2期

韩文坤刘风雷

（1.湖南省煤田地质局第六勘探队；2.桂林理工大学地球科学学院；3.广西隐伏金属矿产勘查重点实验室）

花岗质岩石是地壳的重要组成成分，地壳在形成演化过程中，不同地区、不同时期产生的花岗质岩浆活动各有特色。中生代时期，华南地区地质演化的一个最显著特征是发育大量同时代的花岗岩和钨锡等多金属矿产，对这一时期岩浆活动的成因机制存在不同看法，多被认为与古太平洋板块的俯冲及其效应（如板片后撤、断离，弧后盆地等）［1-2］、岩石圈的扩张［3］、地幔深度的滑脱构造［4］有关。桂东北姑婆山—花山地区发育大面积中生代花岗岩，是华南中生代花岗岩的重要组成，这些花岗岩的形成与区域内分布的同时代钨、锡等有色金属矿产的形成具有密切联系［5］。以往的研究主要针对姑婆山—花山花岗岩的岩性特征、结晶时代、源区特征、岩石成因、构造样式、风化剥蚀机理、矿床分布特征、成矿机理和成矿特征来源等方面进行了深入研究，并取得了丰富成果［5-16］。然而，对姑婆山—花山花岗岩与钨、锡多金属成矿作用关系的研究仍显薄弱，特别是缺少从花岗岩矿物学角度研究成矿作用的资料。黑云母矿物是花岗岩中最常见的暗色矿物，同时还是钨、锡等成矿物质运移的载体，记录了成矿物质运移和富集的规律，是研究花岗岩与成矿作用的一个重要对象。本文选择以桂东北姑婆山花岗岩中的黑云母矿物为研究对象，对其进行化学组成分析，拟从花岗岩矿物学特征方面来探讨姑婆山花岗岩的钨、锡多金属成矿作用。

1 地质背景

华南地区目前发现的较古老、较广泛的花岗质岩浆活动为中元古代［17］。近年来的研究显示，在华南夏板块发现有大量新元古代早期的花岗质岩浆作用，被认为与Rodinia 超大陆的聚合有关［18-19］，新元古代中晚期的岩浆活动广泛分布在扬子和华夏板块，代表了Rodinia 超大陆裂解时在华南的记录［20-21］。华南内陆还发育有大量早古生代花岗质岩浆活动，为广西运动的产物，反映了华南陆内造山的信息［22-23］，或代表了“华南残留洋”［24］。到了晚古生代—早中生代，华南存在大量该时期的岩浆作用记录，这一时期的岩浆活动被认为与陆内造山、峨眉山地幔柱或古特提斯演化有关［25］。中生代中晚期华南发育强烈的花岗质岩浆活动。我国的西南地区还记录有众多新生代岩浆活动的信息［26］，暗示了青藏高原的隆升对这些地区造成了强烈影响。

桂东北在大地构造位置上位于扬子与华夏地块的交接处。本文研究的姑婆山花岗岩为一复式岩体，出露总面积约678 km2，岩石类型主要由石英闪长岩、二长花岗岩和黑云母花岗岩等组成，主要包括姑婆山岩体、新路岩体和里松岩体（图1），其主体时代形成于中生代，主要出露在富川—贺州—钟山等地区的寒武系、泥盆系和石炭系中。寒武系厚度大于4 000 m，主体岩性为浅海相复理石砂页岩建造；泥盆系厚度大于3 500 m，主要由硅质岩、碳酸盐岩和陆相—滨海相紫红色砂岩、灰黑色砂页岩组成；石炭系厚度大于1 000 m，主要由白云岩、白云质灰岩、钙质页岩和灰黑色含燧石灰岩等岩石组成；寒武系与泥盆系呈角度不整合接触，泥盆系和石炭系呈整合接触。姑婆山地区发育的主要构造为沿独山—新路—贺街一带展布的姑婆山断裂，其展布长度大于100 km，被该断层切割的花岗岩破碎明显，并发生硅化［27］。此外，在姑婆山花岗岩的相邻地区还发育广西期花岗岩，如大宁岩体；印支期花岗岩主要见于姑婆山西北侧，如苗儿山花岗岩体。姑婆山花岗岩体地质见图1。

本研究的样品采自姑婆山复式岩体的南部和东部，岩性为黑云母花岗岩，主要矿物成分有斜长石（40%）、石英（50%）和黑云母（10%），副矿物主要有磷灰石、锆石、磁铁矿等。

2 黑云母成分特征

黑云母矿物的电子探针分析测试于广西隐伏金属矿产勘查重点实验室完成，分析仪器为牛津仪器生产的JXA-8230 型电子探针，分析测试条件为加速电压15 kV，电流30 nA，束斑直径1 μm。

黑云母的Fe3+和Fe2+计算方法参考文献［28］，结构式以22个氧原子为单位计算其阳离子数和有关参数（表1）。总体看来，黑云母具有富铁、铝，贫镁、钠、钙的特点，属于高铁黑云母（图2），其FeOT 含量为24.49%～35.74%，Al2O3含量为11.06%～14.54%，MgO含量为0.12%～5.84%，Na2O 含量为0.05%～0.15%，低的CaO 含量（主要为0.04%～0.10%）、Mg/（Fe2++Mg）比值（0.01～0.30），高的Fe2+/（Fe2++Mg）比值（0.70～0.99），暗示后期蚀变作用对黑云母化学成分的影响小，总体与原生黑云母特征相似［29］。

注：IFe=Fe2+/（Fe2++Mg），IMg=Mg/（Fe2++Mg）。

3 黑云母结晶物理化学条件

黑云母的结晶温度依据文献［30］提出的公式进行计算T={［ln（Ti）-a-c（IMg）3］/b}1/3，式中，a=-2.359 4，b=4.648 2×10-9，c=-1.728 3，其它参数见表1。通过上述公式计算可知，姑婆山花岗岩黑云母的结晶温度主要为568～657 ℃，平均值为600 ℃（表1）。

在黑云母的Fe3+-Fe2+-Mg2+图解（图3）中，姑婆山花岗岩中黑云母数据点主要投在了Ni-NiO缓冲线上或附近，暗示其结晶于低氧逸度环境中，部分黑云母具有高的六配位铝（AlVI=0.72～0.90），同样表明其形成于低氧逸度环境。

利用文献［31］提出的黑云母固结压力P的计算公式：P（×100 MPa）=3.03×TAl-6.53（±0.33）。式中，TAl 为以22 个氧原子为单位计算的铝阳离子总数，可以估算黑云母的结晶压力主要集中在137～227 MPa，平均为189 MPa，在此基础上，结晶深度利用公式P=ρ×g×H进行计算（ρ=2 700 kg/m3，g=9.8m/s2），计算结果显示黑云母结晶深度主要在5.18～8.56 km，平均深度为7.16 km（表1）。

4 成矿意义

钨锡矿床的形成多与花岗质岩浆作用有关，已有的研究显示，华南板块内部呈NE 向展布的钦州—杭州成矿带（简称“钦杭成矿带”）上分布的钨锡铅锌等多金属矿床的成矿作用均与同时代的花岗质岩浆作用有关，如桂东北花山钨锡多金属矿床的形成与花山花岗岩的形成有关［32］，湘东锡田钨锡多金属矿床的形成与同时代的锡田花岗岩的形成密切相关［33］，湖南柿竹园超大型钨锡矿床的成矿作用与同时代的花岗质岩浆作用密切相关（如千里山花岗岩）［34］，湘南芙蓉超大型锡矿床的产生与骑田岭花岗岩的形成有关［35］。

具有层状结构的黑云母作为花岗岩类中含量最高的暗色矿物，其形成条件和特征对研究与之相伴生矿床的矿化特征和成矿规律具有良好的指示作用。通常情况下，钨锡矿化的黑云母一般具有高的含铁指数（IFe＞0.52）［36］，姑婆山花岗岩黑云母的IFe均大于0.7（表1），表明其利于钨锡矿的形成；锡在低氧逸度环境中易于进入流体相，此条件下产生的花岗岩往往有利于钨锡的矿化和聚集［37］，姑婆山花岗岩黑云母样品点主要落在了Ni-NiO 缓冲线上或附近，表明其具有低的氧逸度（图3），暗示其利于钨锡矿床的形成；锡在高温还原环境下亲铁性强，其含量通常随结晶温度的增加而提高［38］，前文的讨论表明姑婆山花岗岩黑云母具有较高的结晶温度，平均温度接近600ºC（表1），其较高的结晶温度有利于钨锡元素的聚集；前人对姑婆山花岗岩的元素地球化学研究资料表明，其具有较高的SiO2含量，明显富集Th、U元素，远高于高热花岗岩的Th、U 含量，此外，其微量元素的配分模式表现出明显的负Eu 异常，强烈亏损Ba、Sr、P、Ti［7］，表明姑婆山花岗岩在成岩过程中其源区发生了强烈的结晶分异，这些地球化学特征是锡成矿的有利条件，也是富锡花岗岩的一般特征［33］；在黑云母Mg2+-（Al3++Fe3++Ti4+）-（Fe2++Mn2+）的图解（图4）上，黑云母样品点都落入了含锡钨稀土花岗岩中的铁质黑云母界线内，亦暗示其具有良好的钨锡成矿性［32］。整体看来，姑婆山花岗岩显示出良好的锡成矿性，花岗岩本身可能是区域上钨锡矿床成矿物质的来源之一，同时，花岗质岩浆作用致使成矿流体聚集在有利的部位（如断裂构造、褶皱的核部等）而富集成矿，最终形成区域上的钨锡矿床。

地球在近46 亿a 的漫长演化历史中，至少经历了3 次超大陆聚合，即Nuna/Columbia 超大陆（2 100～1 500 Ma）、Rodinia 超大陆（1 050～750 Ma）和Pangaea超大陆（350～165 Ma）［18，39］。每一次超大陆的聚合或裂解都会伴随一系列重要的地质作用，如大量的岩浆活动、强烈的变质变形作用、大规模的沉积作用以及广泛的成矿作用等等。因此，在讨论成矿作用时，需结合区域构造背景来分析；在研究成矿机制时，需要结合地壳演化的动力学机制来讨论。前人的研究表明，姑婆山花岗岩主体形成时代为中生代［12］，此外，“钦杭成矿带”内的多金属矿床的形成时代以及相应的花岗质岩浆活动的时代均主要集中在中生代（165～130 Ma）［33-34］，同时在华南地区发育有大量北东向的构造线，这些证据表明中生代（190～160 Ma）是华南板块由古特提斯构造域向古太平洋构造域转变的主要时期［32，40］，此后，华南板块的构造演化主要受控于古太平洋板块的演化，古太平洋板块的俯冲作用导致华南内陆地区发育大量中生代岩浆岩、盆地构造和NE 向构造线，因而华南中生代中晚期岩浆作用和成矿作用的动力学机制可能主要与古太平洋板块的俯冲作用有关，桂东北姑婆山花岗岩及其钨锡金属矿床正是在这样一种动力学机制下形成的。